CN112842345A - 一种石墨烯心电电极片及制备无衬底的自支撑石墨烯薄膜的方法 - Google Patents

一种石墨烯心电电极片及制备无衬底的自支撑石墨烯薄膜的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及纳米材料技术领域。本发明公开一种石墨烯心电电极片，包括导电凝胶层、石墨烯薄膜和导电电极扣；石墨烯薄膜的一面敷设导电凝胶层，石墨烯薄膜与导电电极扣电连接。本发明还公开一种制备无衬底的自支撑石墨烯薄膜的方法，包括：将聚酰亚胺薄膜悬空布置并绷紧；用激光对聚酰亚胺薄膜进行诱导还原；切除聚酰亚胺薄膜未被还原的区域；得到的剩余部分即为无衬底的自支撑石墨烯薄膜。本发明公开的石墨烯心电电极片有效提高生理电信号的信噪比，不需要预先在人体表面涂抹导电膏，使用后石墨烯无残留；本发明公开的方法实现了不需要衬底并具有一定机械强度的石墨烯薄膜的快速制备。

Description

一种石墨烯心电电极片及制备无衬底的自支撑石墨烯薄膜的 方法
技术领域
本发明涉及纳米材料技术领域，尤其涉及一种石墨烯心电电极片及制备无衬底的自支撑石墨烯薄膜的方法。
背景技术
心电可以用来监测和评估心脏活动。常见的心电电极片基本上由两部分组成：电极本体和导电凝胶。导电本体表面会有一层银/氯化银涂层以增强信号的信噪比，如果将银/氯化银替换为石墨烯，信噪比会再次提高。
目前，石墨烯心电电极片一般集中在干电极上。对于石墨烯干电极，虽然有助于获得高信噪比信号，但是因为石墨烯直接接触皮肤表面，在取下电极时，会使得石墨烯残留在皮肤表面。同时，因为干电极的形式，在运动时电极和皮肤更容易产生位移，更容易引入噪音。
同时，现有的制备石墨烯薄膜的方法不一定能保证所得的石墨烯薄膜具有较高的机械强度，因此，需要一种能够实现快速制备具有一定机械强度的石墨烯薄膜的方法。
发明内容
鉴于现有问题，本发明公开了一种石墨烯心电电极片，包括导电凝胶层、石墨烯薄膜和导电电极扣；所述石墨烯薄膜的一面敷设所述导电凝胶层，所述石墨烯薄膜与所述导电电极扣电连接。
作为改进，还包括设有通孔的医用黏性衬底，所述医用黏性衬底的一面设有黏胶层，所述导电电极扣和所述石墨烯薄膜都布置在被所述黏胶层覆盖的区域，所述导电电极扣与所述黏胶层固定连接；其中，所述导电电极扣优选地为公扣，所述导电电极扣凸起的一侧接触所述黏胶层，所述凸起从所述医用黏性衬底的通孔中穿过。
作为进一步改进，还包括离型膜，所述离型膜覆盖在所述医用黏性衬底的黏胶层上。
作为进一步改进，所述石墨烯薄膜包括激光诱导还原制得的石墨烯薄膜、喷涂法制得的石墨烯薄膜和化学气相沉积法制得的石墨烯薄膜中的任一种。
本发明同时公开了一种制备无衬底的自支撑石墨烯薄膜的方法，其特征在于，包括以下步骤：
将聚酰亚胺薄膜悬空布置并绷紧；
用激光对所述聚酰亚胺薄膜进行诱导还原；
切除所述聚酰亚胺薄膜未被还原的区域；
得到的剩余部分即为所述无衬底的自支撑石墨烯薄膜。
优选地，还包括以下步骤：
用若干夹具与所述聚酰亚胺薄膜的边缘固定连接；
移动所述若干夹具的位置。
优选地，
所述聚酰亚胺薄膜厚度为25微米；
所述激光的波长在400-500nm之间；
所述激光的功率密度在10-50mW/cm2之间；
优选地，还包括以下步骤：
对所述聚酰亚胺薄膜的上下表面进行拉曼光谱测试。
本发明公开的石墨烯心电电极片有效提高生理电信号的信噪比，不需要预先在人体表面涂抹导电膏，使用后石墨烯无残留；本发明公开的方法实现了不需要衬底并具有一定机械强度的石墨烯薄膜的快速制备。
附图说明
图1为一种实施方式中的石墨烯心电电极片结构示意图。
图2为一种实施方式中的石墨烯心电电极片获得的心电信号图。
图3为一种商业电极获得的心电信号图。
图4为另一种实施方式中的石墨烯心电电极片结构示意图。
图5为在一种实施方式中制备无衬底的自支撑石墨烯薄膜所需要的装置结构图。
图6为在一种实施方式中制备的无衬底的自支撑石墨烯薄膜的上表面的拉曼光谱图。
图7为在一种实施方式中制备的无衬底的自支撑石墨烯薄膜的下表面的拉曼光谱图。
附图序号及名称：1、导电电极扣，2、医用黏性衬底，3、石墨烯薄膜，4、导电水凝胶，5、离型膜，6、导线，7、聚酰亚胺薄膜，8、夹具装置，8a、第一夹具，8b、第二夹具，8c、平台，9、激光光源。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的部分实施例。
在一些实施例中，将用于连接后端采集装置的导电电极扣1(导电电极可选择不锈钢材料)放置在医用黏性衬底2之上(医用黏性衬底用于将该电极固定在皮肤表面)。将上下表面导电的石墨烯薄膜3(优选地使用激光诱导还原制成的石墨烯薄膜)转移至导电电极扣1上，优选地将石墨烯薄膜嵌入在导电电极扣中与导电电极扣充分接触；如果石墨烯薄膜下表面没有被还原，则此时上下表面不导电，心电信号无法被采集。在石墨烯表面制备导电水凝胶4。由于导电水凝胶在裸露情况下会脱水，导致导电性能降低，从而导致心电信号的信噪比降低，所以将一张与医用黏性衬底形状相同的离型膜5贴敷在水凝胶和医用衬底之上。在未使用石墨烯心电电极时，离型膜5与医用黏性衬底2胶接以形成密闭腔体，使水凝胶中的水分不会扩散至空气中，延长了心电电极的使用寿命。在使用时去掉离型膜，将剩余部分贴敷在人体皮肤表面。得到的石墨烯心电电极片如图1所示，测量心电获得如图2的信号图。图3为一种商业电极获得的心电信号图。
在另外一些实施例中，将均匀分布的石墨烯溶液溅射在导电电极扣上，形成石墨烯薄膜。
在另外一些实施例中，通过化学气相沉积法在不导电的衬底材料上制备石墨烯薄膜，得到附着在衬底材料上的石墨烯薄膜3只有一个表面导电；通过银浆或其他导电物质如导线6将石墨烯层与导电电极扣1连接，得到的石墨烯心电电极片如图4所示。
在另外一些实施例中，将采用激光诱导氧化还原制备的石墨烯薄膜用于心电电极。
本发明同时公开一种如前所述的心电电极中使用的无衬底的自支撑石墨烯薄膜制造方法。
取一块具有一定厚度的聚酰亚胺薄膜7，裁成长方形，如图5所示，通过一夹具装置8夹持使其平整并悬空(夹具装置包括第一夹具8a、第二夹具8b、平台8c，将聚酰亚胺薄膜的一条边与第一夹具固定连接，相对的另一条边与第二夹具固定连接，将第一夹具固定后，将第二夹具向远离第一夹具的方向平移，当聚酰亚胺薄膜平整后将第二夹具固定，由于两个夹具距平台表面有一定高度，使得聚酰亚胺薄膜悬空)；激光光源9被固定在二轴移动平台上，采用线性扫描方式对聚酰亚胺薄膜进行激光诱导还原；对于还原厚度为25微米的聚酰亚胺薄膜，选择激光波长范围为400-500nm、激光功率密度为10-50mW/cm2的激光光源。对聚酰亚胺薄膜的上下表面进行拉曼光谱检测，拉曼光谱表征出石墨烯的特征峰(G峰与D峰)，证实了聚酰亚胺薄膜的上下表面在被检测的部分已经被激光诱导还原为石墨烯(如图6-7所示)，同时薄膜未被击穿。切除所述聚酰亚胺薄膜未被还原的区域；得到的剩余部分即为所述无衬底的自支撑石墨烯薄膜。
本技术方案制得的石墨烯薄膜表面光滑平整，上下表面导电，具有良好的机械强度，制备过程不需要将材料依附在任何衬底上，并可以在无衬底的条件下完成石墨烯薄膜的转移。
在一些实施例中还可做出如下改进：在所述聚酰亚胺薄膜的下表面上标记一个网格图案，本实施例中这个网格图案为0.5cm×0.5cm见方的正方形小格子组成10×20的阵列，网格图案正好完全覆盖所述聚酰亚胺薄膜的下表面；标记网格图案上所有在同一条网格线上并相邻的两个网点，测量所述两个网点之间的电阻判断两个网点之间是否导电，若两个网点之间导电，标记这两个网点之间的直线段；所有被标记的直线段围成的最大封闭图形内的区域为已被还原成石墨烯的区域。切除未被还原的区域，获得一张无衬底的自支撑石墨烯薄膜。
本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。

Claims (8)

1.一种石墨烯心电电极片，其特征在于：包括导电凝胶层、石墨烯薄膜和导电电极扣；所述石墨烯薄膜的一面敷设所述导电凝胶层，所述石墨烯薄膜与所述导电电极扣电连接。
2.根据权利要求1所述的石墨烯心电电极片，其特征在于：还包括设有通孔的医用黏性衬底，所述医用黏性衬底的一面设有黏胶层，所述导电电极扣和所述石墨烯薄膜都布置在被所述黏胶层覆盖的区域，所述导电电极扣与所述黏胶层固定连接；其中，所述导电电极扣优选地为公扣，所述导电电极扣凸起的一侧接触所述黏胶层，所述凸起从所述医用黏性衬底的通孔中穿过。
3.根据权利要求2所述的石墨烯心电电极片，其特征在于：还包括离型膜，所述离型膜覆盖在所述医用黏性衬底的黏胶层上。
4.根据权利要求3所述的石墨烯心电电极片，其特征在于：所述石墨烯薄膜包括激光诱导还原制得的石墨烯薄膜、喷涂法制得的石墨烯薄膜和化学气相沉积法制得的石墨烯薄膜中的任一种。
5.一种制备无衬底的自支撑石墨烯薄膜的方法，其特征在于，包括以下步骤：
将聚酰亚胺薄膜悬空布置并绷紧；
用激光对所述聚酰亚胺薄膜进行诱导还原；
切除所述聚酰亚胺薄膜未被还原的区域；
得到的剩余部分即为所述无衬底的自支撑石墨烯薄膜。
6.根据权利要求5所述制备无衬底的自支撑石墨烯薄膜的方法，其特征在于，还包括以下步骤：
用若干夹具与所述聚酰亚胺薄膜的边缘固定连接；
移动所述若干夹具的位置。
7.根据权利要求6所述制备无衬底的自支撑石墨烯薄膜的方法，其特征在于：
所述聚酰亚胺薄膜厚度为25微米；
所述激光的波长在400-500nm之间；
所述激光的功率密度为10-50mW/cm2。
8.根据权利要求5所述制备无衬底的自支撑石墨烯薄膜的方法，其特征在于，还包括以下步骤：
对所述聚酰亚胺薄膜的上下表面进行拉曼光谱测试。
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